Catch-22 i grafenbaserede molekylære enheder løst

Ledningsevnen for Graphene har gjort det til et mål for mange forskere, der søger at udnytte det til at skabe enheder i molekylær skala, og nu har et forskerhold i fællesskab ledet af University of Warwick og EMPA fundet en vej forbi et frustrerende catch 22 -spørgsmål om stabilitet og reproducerbarhed, der betød at grafenbaserede kryds enten var mekanisk stabile eller elektrisk stabile, men ikke begge på samme tid.

Grafen og grafenlignende molekyler er attraktive valg som en elektronisk komponent i molekylære enheder, men indtil nu har det vist sig meget udfordrende at bruge dem i storskala produktion af molekylære enheder, der vil fungere og være robuste ved stuetemperaturer. I en fælles indsats forskerhold fra University of Warwick, EMPA og Lancaster og Bern Universiteter har nået både elektrisk og mekanisk stabilitet i grafenbaserede kryds, der er millioner gange mindre end menneskehårets diameter. De har i dag offentliggjort deres resultater i et papir med titlen "Robuste grafenbaserede molekylære enheder" i tidsskriftet Naturnanoteknologi .

Enkle mekanisk stabile strukturer, såsom grafenlignende molekyler, er lette at producere ved kemisk syntese, men i denne meget lille skala er disse underlagt en række grænser, når de placeres i et kryds for at danne en elektronisk enhed, såsom variationer i molekyleelektrodeinterface. Forskerne overvinder disse grænser ved at adskille kravene til mekanisk og elektronisk stabilitet på molekylært niveau.

De producerede en elektrisk effektiv struktur ved at bygge en grafenlignende molekylstak for at danne en elektronsti gennem de grafenlignende molekyler P orbitaler (disse er håndvægtformede elektronskyer, inden for hvilke en elektron kan findes, inden for en vis sandsynlighed) Dette ville åbne nye muligheder for at bruge fascinerende molekylære egenskaber, såsom kvanteinterferens, der forekommer i så lille en skala, forudsat at der opnås tilstrækkeligt mekaniske robuste strukturer. For det, forskergruppen skabte også bindinger mellem hvert molekyle og et siliciumoxidsubstrat. Dette gav strukturen betydelig mekanisk stabilitet ved effektivt at forankre den grafenlignende molekylstabel til substratet ved hjælp af en silaniseringsreaktion. Dette er illustreret i det forenklede diagram, der ledsager denne pressemeddelelse.

Dr. Hatef Sadeghi fra University of Warwick's School of Engineering, der ledede den teoretiske modellering af dette arbejde, sagde:

"Denne metode gav os mulighed for at designe og producere grafenbaserede molekylære enheder, der er elektronisk og mekanisk stabile over et stort temperaturområde. Dette blev opnået ved at afkoble den mekaniske forankring fra de elektroniske veje ved at kombinere en kovalent binding af molekylerne til substratet og store π-konjugerede hovedgrupper.

"Krydsene var reproducerbare over flere enheder og fungerede fra 20 Kelvin op til stuetemperatur. Vores tilgang repræsenterer en enkel, men kraftfuld strategi for fremtidig integration af molekylbaserede funktioner i stabile og kontrollerbare nanoelektroniske enheder."